Как защититься от коррозии металла

N+1Наука

За нами не заржавеет

Как защититься от коррозии металла

Наталья Самойлова

Коррозии подвластно все: от велосипеда, который вы оставили под дождем, до мостов, самолетов и нефтяных танкеров. Нередко она становится причиной страшных аварий, а на борьбу с ее последствиями человечество каждый год тратит 3,4 процента ВВП. Вместе с Уральским федеральным университетом (УрФУ) разбираемся, с чего начинается процесс коррозии, почему нельзя сажать медную обшивку на железные гвозди и как нам могут помочь бактерии и 3D-печать.

Медь, железо и гады морские

В 1761 году сотрудники Британского адмиралтейства решились на смелый эксперимент: покрыть деревянное судно медной обшивкой. Предполагалось, что она защитит корпус и днище от моллюсков, которые нарастали вокруг киля и тормозили движение судна. Некоторые разновидности этих беспозвоночных даже протачивали деревянные доски. Медь должна была уберечь деревянный корпус, а ее уже известные к тому моменту токсические свойства — не дать моллюскам прицепиться сверху.

Полем для экспериментов стал новый 32-пушечный фрегат Alarm, спущенный на воду в 1758 году. Обшивку сделали из тонких медных листов, которые закрепили на дереве с помощью железных гвоздей. После этого Alarm снова отправился в плавание. Когда спустя два года фрегат вытащили на берег и тщательно осмотрели, выяснилось, что медная обшивка выполнила свою задачу на отлично. Деревянный корпус фрегата почти не пострадал, а слой моллюсков, наросший вокруг киля, был совсем небольшим. Но вот сама обшивка оказалась не в лучшем состоянии и местами уже буквально отваливалась — и все из-за железных гвоздей, некоторые из которых проржавели насквозь.

Инженеры, которые осматривали корабль, удивились: железные гвозди и другие детали до этого уже использовали в кораблестроении, но никогда они не выходили из строя так быстро. Более детальный осмотр выявил еще один удивительный факт: сильнее всего пострадали гвозди, которые находились с медью в непосредственном контакте, а те, что были изолированы деревом или вощеной бумагой, сохранились лучше.

Аlarm сражается против двух испанских судов. Битва происходила в 1762 году — как раз во время эксперимента с медной обшивкой. Dominic Serres / Capture of the Spanish ships Thetis and Phenix by the Alarm in the West Indies

Сотрудники Адмиралтейства сделали вывод, что медь можно использовать для защиты судов, но между слоями железа и меди необходимо делать изолирующие прокладки. Эта история — один из первых изученных и описанных в литературе случаев электрохимической коррозии металлов.

Что такое коррозия

Коррозией называют разрушение металла в результате химического, электрохимического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Науке известно множество видов коррозии, и все они начинаются по-разному.

Самый простой вариант коррозии — химическое окисление. В воздухе содержится 21 процент кислорода, который является сильным окислителем и всегда готов вступить в реакцию с металлами, превращая их в соответствующие оксиды. Чтобы оценить принципиальную возможность и скорость этого процесса, нужно учесть активность конкретного металла, давление кислорода и температуру.

Самые активные щелочные металлы — литий, натрий и другие — мгновенно вступают в бурную реакцию с кислородом, поэтому в лабораториях их хранят под слоем керосина. Благородные металлы, например золото и платина, не окисляются даже при самых высоких температурах. Платиновые тигли можно использовать для проведения термогравиметрического анализа при температурах вплоть до 1600 градусов Цельсия.

Остальные металлы располагаются где-то между этими крайними случаями. Например, железо (Fe) начинает активно реагировать с кислородом воздуха при температуре выше 200 градусов Цельсия, а без нагревания реакция идет медленно. Слой оксида, появившийся на поверхности металла, дополнительно ее замедляет: новым молекулам кислорода становится труднее добраться до поверхности металла. Поэтому в сухом воздухе конструкции из железа и близких по активности металлов сохраняются достаточно хорошо.

Но все меняется, когда в дело вступает вода.

Просто добавь воды

Как правило, на металлических конструкциях встречаются детали, выполненные из другого металла или сплава, например заклепки и сочленения. Во время погружения в воду место контакта двух металлов работает как гальванический элемент, то есть химический источник электрического тока. Никакие провода для этого не требуются — точнее, проводником выступает вся металлическая конструкция. Более активный (с более низким электродным восстановительным потенциалом) металл становится «анодом»: он передает часть электронной плотности другому металлу, а сам начинает растворяться, переходя в состояние катиона. Менее активный металл выступает в роли «катода»: полученные электроны на нем используются для восстановления кислорода.

Затем два новых иона, катион металла и кислородсодержащий анион, соединяются и образуют гидроксид или оксид. Второй металл, как правило, в химические превращения не вступает и остается только проводником электронов. При этом образующийся оксид постоянно находится в контакте с жидкостью. Вода с растворенным кислородом может проникать под слой оксида и взаимодействовать с ним, и тогда реакция продолжается. Как раз такой процесс и произошел в обшивке фрегата Alarm: катодом стала медь, а анодом — железные гвозди.

Нежелательный гальванический элемент может образоваться и на однородной металлической конструкции — возле дефекта, шероховатости или загрязнения. Все подобные процессы относятся к электрохимической коррозии.

Если металл взаимодействует с растворами кислот, коррозия происходит еще быстрее. В этом случае необязательно, чтобы разные металлы соседствовали друг с другом: металл может вступить в окислительно-восстановительную реакцию с катионами водорода H

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Святая вода из Эфиопии вызвала семь случаев устойчивой холеры в Европе Святая вода из Эфиопии вызвала семь случаев устойчивой холеры в Европе

Вспышка холеры в Европе: во всем виновата святая вода из Эфиопии

N+1
Жемчужина династии Жемчужина династии

В романе «Королева Марго» весь сюжет написала сама Маргарита

Дилетант
Окислительное присоединение на палладии прошло по радикальному механизму Окислительное присоединение на палладии прошло по радикальному механизму

Представление о реакции окислительного присоединения на палладии было неполным

N+1
«Не верь глазам своим» «Не верь глазам своим»

Порой даже через десятилетия картина продолжает жить с неверным названием

Дилетант
Млечный Путь и Андромеда прямо сейчас мчатся навстречу друг другу — космический апокалипсис или слияние галактик? Млечный Путь и Андромеда прямо сейчас мчатся навстречу друг другу — космический апокалипсис или слияние галактик?

Млечный Путь и Андромеда сейчас стремительно движутся навстречу друг другу

Inc.
Математика для бизнеса Математика для бизнеса

Зачем алгебраисты усовершенствовали бухгалтерский учет

N+1
Основатель Group-IB Илья Сачков — Forbes: «Я намерен строить бизнес только в России» Основатель Group-IB Илья Сачков — Forbes: «Я намерен строить бизнес только в России»

Основатель Group-IB — о своем желании развивать свое дело в родной стране

Forbes
Возьмут всех, потом разберутся: как Испания принимает стартапы с российскими корнями Возьмут всех, потом разберутся: как Испания принимает стартапы с российскими корнями

В чем особенности испанского венчура

Forbes
Не все хотят снять хиджаб и строить карьеру: что такое постколониальный феминизм Не все хотят снять хиджаб и строить карьеру: что такое постколониальный феминизм

Почему то, как борются за свободу на Западе, подходит не всем

Forbes
«Свобода жутко энергозатратна»: Александра Маринина о темных временах и новом романе «Свобода жутко энергозатратна»: Александра Маринина о темных временах и новом романе

Александра Маринина — о том, как современные детективы раздвигают жанровые рамки

Forbes
Как рассказать детям о сексе: типичные ошибки, советы, лайфхаки Как рассказать детям о сексе: типичные ошибки, советы, лайфхаки

Какие фразы не стоит произносить во время разговоров с детьми о сексе

Psychologies
Отдыхая отдыхай Отдыхая отдыхай

Почему так тяжело отпустить работу и погрузиться в сладкое ничегонеделание?

Новый очаг
Рождество и Новый год в разные столетия пахли по-разному? Интересный факт! Рождество и Новый год в разные столетия пахли по-разному? Интересный факт!

Какие запахи ассоциировались с Рождеством и Новым годом в разные эпохи

ТехИнсайдер
Кампания для Маска: как в США крупный бизнес участвует в выборах Кампания для Маска: как в США крупный бизнес участвует в выборах

Политолог Ян Веселов — о влиянии крупного бизнеса на выборы в США

Forbes
Спорт и осознанность в старости не дадут результата при одном условии: исследование ученых Спорт и осознанность в старости не дадут результата при одном условии: исследование ученых

Помогут ли спорт и медитация в борьбе с деменцией?

ТехИнсайдер
Застолье в стиле лайт Застолье в стиле лайт

Как оградить себя от переедания и не набрать лишние килограммы за праздники?

Лиза
Раки: инструкция по применению Раки: инструкция по применению

Как выбрать, приготовить и съесть настоящих донских раков

Bones
Мария-Антуанетта без пирожных Мария-Антуанетта без пирожных

Феминистский взгляд на эрцгерцогиню, закончившую жизнь на французской гильотине

Дилетант
Вибраторы и лечение. Когда и как появились компаньоны женщин — занимательная история Вибраторы и лечение. Когда и как появились компаньоны женщин — занимательная история

История вибраторов: как они помогали в лечении женщин

ТехИнсайдер
5 способов быстро разобрать гардероб, чтобы начать новый год с чистого листа: советы стилиста 5 способов быстро разобрать гардероб, чтобы начать новый год с чистого листа: советы стилиста

Мы собрали 5 способов, которые помогут разгрузить свой гардероб

VOICE
10 научных фактов о человеческом теле, в которые трудно поверить 10 научных фактов о человеческом теле, в которые трудно поверить

Человеческое тело — невероятно сложная структура

ТехИнсайдер
Анатомия робособаки Анатомия робособаки

Выверенная анатомия Spot — продукт не слепой эволюции, а грамотной инженерии

ТехИнсайдер
Юбилейная тоска: как ностальгия по СССР стала мешать развитию страны Юбилейная тоска: как ностальгия по СССР стала мешать развитию страны

Даже воспоминания об СССР не связаны с прогрессом

Forbes
И корабль не плывет. «Треугольник печали» — главный сатирический фильм года. Но это скорее заслуга года И корабль не плывет. «Треугольник печали» — главный сатирический фильм года. Но это скорее заслуга года

«Треугольник печали» — ехидное кино о круизном лайнере, который идет ко дну

Правила жизни
Двери Двери

Время открывает дверь, а жизнь говорит: «Войдите…»

Новый очаг
Мышление трудоголика: 7 ошибок — как перестать работать на износ Мышление трудоголика: 7 ошибок — как перестать работать на износ

Типичные мыслительные паттерны, которые свойственны трудоголикам

Psychologies
Как выбрать беговые лыжи, крепления и ботинки Как выбрать беговые лыжи, крепления и ботинки

Бег на лыжах во многом похож на запрещенные вещества

Maxim
Лицензии и другие сюрпризы: как вести бизнес в Объединенных Арабских Эмиратах Лицензии и другие сюрпризы: как вести бизнес в Объединенных Арабских Эмиратах

В Эмиратах есть важные нюансы, которые стоит знать при постройке бизнеса

Forbes
Как увеличить скорость интернета: 10 способов Как увеличить скорость интернета: 10 способов

Как увеличить скорость интернета через роутер и при прямом подключении к сети

CHIP
У женщин есть суперспособность! Они могут вычислить, женат ли мужчина или одинок. У женщин есть суперспособность! Они могут вычислить, женат ли мужчина или одинок.

Мужчины буквально пахнут иначе, когда у них есть или нет девушки

ТехИнсайдер
Открыть в приложении